Гибридные ИМС

Общие сведения об интегральных микросхемах.

Гибридные и плёночные ИМС

В связи с усложнением задач, возлагаемых на электронную аппаратуру, построение её на основе дискретных элементов (резисторов, диодов, транзисторов, конденсаторов и т.д.) не может удовлетворить предъявляемых требований.

Недостатками такой аппаратуры являются большое количество элементов, разветвленность межэлементных соединений, обилие паек. Отсюда вытекают большая масса и габариты, трудоемкость изготовления, низкая надежность, высокая стоимость.

Поэтому в электронике возникло новое направление – микроэлектроника, в основу которой положении интегральный принцип изготовления электронных компонентов.

Интегральная микросхема (ИМС) - микроэлектронное изделие, содержащее активные и пассивные элементы, которые изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют неразделимое целое.

Классификация ИМС:

1) По технологии изготовления:

- полупроводниковые - все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника;

- гибридные - ИМС, пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) которой выполнены посредством нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки, а активные элементы (транзисторы, диоды) - бескорпусные полупроводниковые приборы;

- совмещенные.

2) По характеру выполняемых операций:

- аналоговые – работают с сигналами в виде непрерывных функций;

- цифровые – предназначены для преобразования и обработки дискретных сигналов (в виде последовательности импульсов).

3) по плотности упаковки:

малые - МИС большие – БИС средние - СИС сверхбольшие - СБИС

4) по типу активных элементов:

- биполярные;

- униполярные.

Недостатки интегральных микросхем:

- в ИМС нельзя реализовать некоторые классические дискретные элементы: трансформаторы, катушки индуктивности, конденсаторы большой емкости, настоечные элементы;

- не все элементы ИМС имеют аналоги среди дискретных элементов;

- электрические связи между элементами ИМС зависят от паразитных связей через общую подложку, поэтому принципиальная схема не полностью воспроизводит процессы и характеристики ИМС;

- диапазон номиналов значений параметров элементов ограничен;

- сложно сделать элементы с малыми допусками на некоторые электрические параметры.

Основу гибридной ИМС состав­ляет пленочная схема: пластина диэлектрика, на поверх­ности которого нанесены в виде пленок толщиной порядка 1 мкм компоненты схемы и межсоединения. Этим способом легко выполнимы пленочные проводниковые соединения, резисторы, конденсаторы. Резисторы больших номиналов выполняют в виде меандра (рис. 35, а), что обеспечивает минимальную площадь, занимаемую элементом. Сопротив­ление таких резисторов может достигать 10⁵ Ом. Пленочные конденсаторы имеют структуру, разрез которой пока­зан на рис. 35, 6. Конденсатор состоит из трех пленочных слоев: металл — диэлектрик — металл. За счет малой тол­щины диэлектрика емкость пленочных конденсаторов до­стигает 10000 пФ и более. Дроссели могут быть выполне­ны в виде спирали (рис. 35, в); они имеют небольшую индуктивность, не более 10 мкГн.

Рисунок 35 – Компоненты гибридных ИМС: а – резистор, б – конденсатор, в - индуктивность

Бескорпусные полупро­водниковые приборы, конденсаторы больших номиналов и магнитные элементы в гибридных ИМС выполняются на­весными: эти элементы приклеиваются в определенных мес­тах к плате, осуществляется их контактирование с элемен­тами пленочной схемы, затем плата с пленочной схемой и навесными элементами помещается в герметизированный корпус, имеющий определенное количество выводов.

Гибридные ИМС обладают следующими основными свойствами:

1) Наиболее предпочтительными элементами являются пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы), число навесных элементов в ИМС должно быть небольшим, так как их установка и монтаж требуют больших затрат труда.

2) Точность воспроизведения параметров в гибридных ИМС значительно выше, чем полупроводниковых.

3) Технология гибридных ИМС значительно проще технологии полупроводниковых. Гибридные ИМС делятся на тонкопленочные, в которых пленки создаются методом тер­мовакуумного напыления, и толстопленочные, в которых пленки получают путем нанесения пасты через трафарет с последующим спеканием в печи. Технология толстопле­ночных ИМС сравнительно проста, и их выпуск может быть налажен в стенах лаборатории или производственного участка.

4) Стоимость подготовки к выпуску нового типа гибрид­ных ИМС меньше, чем полупроводниковых, поэтому эконо­мически оправдан выпуск гибридных ИМС малыми серия­ми (сотни и даже десятки экземпляров).

5) Массогабаритные показатели гибридных ИМС хуже, чем у полупроводниковых, и число компонентов в одной схеме обычно не больше нескольких десятков.

Полупроводниковые ИМС в основном являются ИМС общего применения, т. е. выпускаются в виде типовых эле­ментов для различных областей использования, обладают